Σημείωση του συντάκτη: Το άρθρο "Το σύμπαν θα μπορούσε να είναι 250 φορές μεγαλύτερο από αυτό που είναι παρατηρήσιμο" πυροδότησε μια αρκετά μεγάλη συζήτηση μεταξύ των αναγνωστών μας, με αρκετούς να προτείνουν ότι η UT θα πρέπει να έχει μια σειρά άρθρων σχετικά με την κοσμολογία - μια κοσμολογία 101, αν θέλετε. Ο νεότερος συγγραφέας μας, Vanessa D'Amico, ο οποίος έγραψε το προαναφερθέν άρθρο, ξεκινά σήμερα τη σειρά Cosmology 101, ξεκινώντας από την αρχή.
Πώς ξεκίνησε το σύμπαν; Είναι μια από τις πιο επείγουσες ερωτήσεις στην κοσμολογία και πιθανότατα θα είναι για λίγο. Εδώ, θα ξεκινήσω εξηγώντας τι πιστεύουν οι επιστήμονες ότι γνωρίζουν για τα πρώτα διαμορφωτικά δευτερόλεπτα της ζωής του σύμπαντος. Πιθανότατα, η ιστορία δεν είναι ακριβώς αυτό που νομίζετε.
Στην αρχή, υπήρχε… καλά, δεν ξέρουμε πραγματικά. Μία από τις πιο διαδεδομένες παρανοήσεις στην κοσμολογία είναι ότι το σύμπαν ξεκίνησε ως μια εξαιρετικά μικρή, αδιανόητα πυκνή συλλογή υλικού που ξαφνικά εξερράγη, δημιουργώντας χώρο όπως το ξέρουμε. Υπάρχουν πολλά προβλήματα με αυτήν την ιδέα, κυρίως από την υπόθεση που υπονοείται σε ένα γεγονός που ονομάζεται μεγάλο «χτύπημα». Στην πραγματικότητα, τίποτα δεν «χτυπήθηκε». Η έννοια της έκρηξης φέρνει στο μυαλό μια επεκτεινόμενη παλίρροια υλικού, γεμίζοντας σταδιακά το χώρο γύρω από αυτό Ωστόσο, όταν γεννήθηκε το σύμπαν μας, δεν υπήρχε χώρος. Δεν υπήρχε ούτε χρόνος. Δεν υπήρχε κενό. Υπήρχε κυριολεκτικά τίποτα.
Τότε γεννήθηκε το σύμπαν. Εξαιρετικά υψηλή ενέργεια κατά τα πρώτα 10-43 δευτερόλεπτα της ζωής του καθιστούν πολύ δύσκολο για τους επιστήμονες να καθορίσουν οτιδήποτε πειστικό για την προέλευση του Κόσμου. Φυσικά, εάν οι κοσμολόγοι έχουν δίκιο για το τι πιστεύουν ότι μπορεί να συνέβη στη συνέχεια, δεν έχει μεγάλη σημασία. Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωρισμού, περίπου 10-36 δευτερόλεπτα, το σύμπαν υπέστη περίοδο εκθετικής επέκτασης. Σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου, ο χώρος διογκώθηκε με συντελεστή περίπου 1078, διαχωρίζοντας γρήγορα εκείνες που κάποτε γειτονικές περιοχές με απρόσιτες αποστάσεις και ανατινάσσοντας μικροσκοπικές κβαντικές διακυμάνσεις στον ιστό του χωροχρόνου.
Ο πληθωρισμός είναι μια ελκυστική θεωρία για διάφορους λόγους. Πρώτα απ 'όλα, εξηγεί γιατί παρατηρούμε ότι το σύμπαν είναι ομοιογενές και ισοτροπικό σε μεγάλες κλίμακες - δηλαδή, φαίνεται το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις και σε όλους τους παρατηρητές. Εξηγεί επίσης γιατί το σύμπαν φαίνεται οπτικά να είναι επίπεδο και όχι καμπύλο. Χωρίς πληθωρισμό, ένα επίπεδο σύμπαν απαιτεί ένα εξαιρετικά συντονισμένο σύνολο αρχικών συνθηκών. Ωστόσο, ο πληθωρισμός μετατρέπει αυτήν τη ρύθμιση σε ένα τέχνασμα κλίμακας. Μια οικεία αναλογία: το έδαφος κάτω από τα πόδια μας φαίνεται να είναι επίπεδο (παρόλο που γνωρίζουμε ότι ζούμε σε έναν σφαιρικό πλανήτη) επειδή εμείς οι άνθρωποι είμαστε πολύ μικρότεροι από τη Γη. Ομοίως, το διογκωμένο σύμπαν είναι τόσο τεράστιο σε σύγκριση με το τοπικό οπτικό πεδίο μας που φαίνεται να είναι χωρικά επίπεδο.
Καθώς πηγαίνει η θεωρία, το τέλος του πληθωρισμού έδωσε τη θέση του σε ένα σύμπαν που έμοιαζε λίγο περισσότερο με αυτό που παρατηρούμε σήμερα. Η ενέργεια κενού που οδήγησε τον πληθωρισμό ξαφνικά μετατράπηκε σε ένα διαφορετικό είδος ενέργειας - το είδος που θα μπορούσε να δημιουργήσει στοιχειώδη σωματίδια. Σε αυτό το σημείο (μόνο 10-32 δευτερόλεπτα μετά τη γέννηση του σύμπαντος), η θερμοκρασία περιβάλλοντος ήταν ακόμα πολύ καυτή για να δημιουργήσει άτομα ή μόρια από αυτά τα σωματίδια. αλλά καθώς τα δευτερόλεπτα περνούσαν, ο χώρος επεκτάθηκε και ψύχθηκε στο σημείο όπου τα κουάρκ θα μπορούσαν να ενώνονται και να σχηματίζουν πρωτόνια και νετρόνια. Τα φωτόνια υψηλής ενέργειας συνέχισαν να στροβιλίζονται, συνεχώς εντυπωσιακά και συναρπαστικά φορτισμένα πρωτόνια και ηλεκτρόνια.
Τι συνέβη στη συνέχεια; Πώς αυτή η χαοτική σούπα ύλης και ακτινοβολίας έγινε η τεράστια έκταση της οργανωμένης δομής που βλέπουμε σήμερα; Τι θα συμβεί στο σύμπαν στο μέλλον; Και πώς ξέρουμε ότι αυτός είναι ο τρόπος που ξεδιπλώθηκε η ιστορία; Φροντίστε να δείτε τις επόμενες δόσεις του Cosmology 101 για απαντήσεις σε αυτές τις ερωτήσεις και πολλά άλλα!
